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Jun 06, 2024

Introdução de um hacker às placas guia de luz DIY

No ano passado, fui obrigado a fazer uma réplica em escala reduzida dos icônicos sinais da câmara de teste do Portal de videogame. Se você já jogou, você se lembrará desses sinais como os sinais iluminados

No ano passado, fui obrigado a fazer uma réplica em escala reduzida dos icônicos sinais da câmara de teste do Portal de videogame. Se você já jogou, você se lembrará desses sinais como os monólitos iluminados que carimbavam o início de cada câmara de teste. No estilo hiperestilizado dos videogames, eles também eram extremamente finos.

Fiel ao original, minha réplica precisaria ser reduzida e iluminada com um brilho branco natural e uniforme. Quis o destino que o ponto crucial deste projeto fosse encontrar uma maneira de fazer exatamente isso: difundir a luz que entra pelas bordas para que ela seja emitida uniformemente pela frente.

O que pensei que seria um projeto rápido acabou sendo um mergulho na toca do coelho que rendeu alguns resultados satisfatórios. Hoje, gostaria de compartilhar minhas descobertas e apresentar a você as placas guia de luz, um dos principais blocos de construção de grande parte da tecnologia atual de telas retroiluminadas. Vou me aprofundar em alguns dos princípios de funcionamento, apresentar minha abordagem de homebrew e deixar você com algum código-fonte inspirador para prosseguir e construir o seu próprio.

Lidar com esse projeto me fez pensar: como os fabricantes da indústria eletrônica iluminam as telas ultraplanas dos laptops e das TVs para obter um brilho perfeitamente uniforme? Após um pouco de pesquisa na Internet, descobri um tesouro de insights úteis.

Antes de nos aprofundarmos em como a indústria de eletrônicos de consumo resolve esse problema, quero primeiro orientá-lo em um projeto paralelo de hacker análogo: a tela de acrílico com bordas iluminadas cortada a laser. Apresentamos alguns projetos como esses no Hackaday, e eles têm o nível certo de complexidade para começar a trabalhar no Hackerspace local.

O conceito central é que as folhas de acrílico transparente têm a capacidade de atuar como fibra óptica, canalizando a luz de uma borda a outra. A jornada não é perfeitamente direta. Grande parte da luz entra em ângulo, refletindo para frente e para trás entre as superfícies superior e inferior antes de sair pela outra borda. Ao gravar um padrão em uma superfície do acrílico, criamos um local onde a luz é absorvida e emitida, em vez de refletida principalmente. Podemos aproveitar essa peculiaridade para criar uma sinalização de aparência bastante chique.

Algo que observadores cuidadosos podem apontar: as características da imagem que estão mais distantes da fonte de luz são visivelmente mais escuras. Para entender esse fenômeno, precisamos de um pouco de física.

Uma teoria óptica bastante simples por trás deste projeto hacker pode nos ajudar a entender o que está acontecendo. Vamos começar com uma vista lateral em corte deste projeto onde o lado esquerdo é iluminado por uma barra de LEDs.

Nesta configuração, uma fonte de luz brilha em uma borda da placa, enviando raios de luz para dentro da placa em vários ângulos. Acontece que existe um ângulo especial Φc chamado ângulo crítico. Os raios de luz que atingem o limite da superfície a menos de Φc sairão da placa imediatamente com um ângulo de saída ligeiramente diferente, de acordo com a lei de Snell. Os raios de luz que atingem a superfície em ângulos maiores ou iguais a Φc serão totalmente refletidos internamente. Em outras palavras, eles continuarão a saltar dentro da placa em um ângulo fixo para sempre, a menos que sejam interrompidos. Para vidro e plástico, Φc ≈ 42°.

Ao gravar a superfície da placa, criamos locais onde os raios de luz refletidos internamente podem se espalhar e sair da placa em um local específico, em vez de refletirem de volta internamente. Este é o fenômeno que faz com que os sinais brilhem.

Neste ponto, você poderá adivinhar por que as características gravadas do sinal ficam mais escuras à medida que se afastam da fonte de luz. Isso ocorre porque uma porção maior dos raios de luz refletidos internamente já saiu da placa anteriormente.

Acontece que os fabricantes de LCD implementam um esquema de retroiluminação que utiliza uma abordagem semelhante ao que vimos até agora. Retire o interior de uma tela de cristal líquido e descubra que na verdade ela consiste em um sanduíche de muitas camadas. Separe essas camadas para encontrar uma camada polarizadora, uma camada de cristal líquido, uma camada difusora, uma folha de fibra óptica transparente e, finalmente, uma fina camada de suporte reflexiva. Esta fina folha de fibra óptica, chamada placa guia de luz, é iluminada a partir da borda da tela com uma barra de LEDs. O objetivo desta placa é captar a luz refletida internamente da borda e liberá-la de forma controlada ao longo da superfície, de modo que a frente da tela fique uniformemente iluminada.